SMD型封装的TCXO晶振和OCXO晶振本身具体一定的耐热性,但常规的规格大部分达不到耐高温的要求,因此可通过定制,来达到更高的工作温度范围要求.贴片晶振可过无铅高温回流焊接,最高温度可承受+260℃,而且石英晶振本身不会受到损害,这也是为什么生产厂家们,热衷于使用SMD Oscillator的因素之一.
在用户的p-c板上进行回流焊接后,有源贴片晶振显示出高达几ppm的正频移,其衰减时间常数为几天.数据表中通常不会描述或指定此效果.然而,对于用户来说非常重要且非常重要,特别是对于具有严格温度容差的振荡器,例如TCXO和即将推出的SMT OCXO.
在现代设备生产线中,p-c板通常最终在焊接过程后的短时间内进行调整和调整.如果电路板包含SMT晶体振荡器,在大约一周后可以观察到强烈的负频移,石英晶振似乎已经老化,但这是由于与回流焊接过程的热应力相关的滞后效应.MIL-PRF-55310区分”热滞后”和”回扫”.Retrace是f(T)特性(OCXO)的非重复性,在固定温度下,在特定条件下开关振荡器,而滞后(TCXO)是非最大值温度循环期间f与T特性的重复性.
如本文所定义的回流滞后是由单个(或多个)温度峰值引起的,并且该效应被描述为在几天的时间段内的频率偏移.红外和对流回流焊接工艺的典型温度曲线如图1所示.最高温度应力是在液相线时间期间,在215℃或高于215℃时介于10秒和40秒之间.可以产生它的机构被称为”电极中的应力释放,以及晶振外壳内的污染物传递”.

图1:回流焊接工艺的典型温度曲线

石英晶体单位:
使用13个不同的批次生产300个基本模式AT切割石英晶振,在32.768MHz,HC-49/U,坯料直径8.0mm,其中不同的工艺参数变化.它们经受了回流焊温度曲线,如图1所示.在焊接后4小时,24小时和40天测量共振频率.每批13个批次中每一批的频率偏差的平均值显示在表1中,并以图形方式显示在图2中.该值是指40天后观察到的频率.

批量	4个小时	24小时	40天
A1	2.5ppm	1.5ppm	0.0
A2	1.5ppm	1.0ppm	0.0
B	2.8ppm	1.3ppm	0.0
C	2.0ppm	1.5ppm	0.0
D	2.0ppm	1.6ppm	0.0
E	2.0ppm	1.9ppm	0.0
F1	1.6ppm	1.2ppm	0.0
F2	1.7ppm	1.3ppm	0.0
G	2.2ppm	1.8ppm	0.0
H	1.9ppm	1.5ppm	0.0
I	2.0ppm	1.2ppm	0.0
K	2.1ppm	1.2ppm	0.0
L	2.2ppm	1.2ppm	0.0
平均值	2.0ppm	1.4ppm	0
std偏差	0.35ppm	0.25ppm

表1:回流焊接后32.768MHz晶体的频率偏差

图2:回流焊后32.768MHz AT切割贴片晶振的频率偏差一天后的平均回流滞后是4小时后观察到的频移的71％.一个值得注意的结果是,在批次A2,F1和F2中观察到最低的回流滞后效应,其中晶体在密封之前经历延长的烘烤程序.
2.2TCXO38.88MHz
采用模拟间接补偿技术的125个TCXO贴片石英晶体振荡器采用模拟回流焊接工艺,在HC-52外壳中采用基本模式38.88MHzAT切割晶体.在整个50天内观察输出频率.图3显示了回流滞后响应的平均值和±1西格玛极限.48小时后,平均频率偏差为(1.1±0.22)ppm,并且频率在约30天后稳定.

图3:回流焊接后38.88MHz TCXO的频率偏差2.3 TCXO19.44MHz本实验显示了重复回流焊接过程后的回流滞后.25件TCXO中使用的石英晶振是HC-52/U超薄线中的19,44MHzAT基本模式.第一次回流焊接在第一次回流焊接后38天完成,并在7天内测量.图4显示了回流滞后响应的平均值和±1西格玛极限.滞后效应非常强烈:
1小时后(7,9±2.6)ppm
24小时后(5.4±1.7)ppm
并且在1小时后衰减一天至初始值的69％.平均响应拟合指数函数,其在图2中以虚线表示.

匹配只是很差,因为它的曲率不能跟随陡峭的响应.然而是对数曲线拟合(见图4中的虚线)

显示出极佳的贴合度.具有(时间)-1的尺寸的等式(2)中的参数b可以被认为是反时间常数.在这种情况下,1/b的值等于0.28天.

图4:第二次回流焊接后19.44MHzTCXO的频率偏差2.4 TCXO-40,96MHz使用HC-52/U超薄线路中40,96MHzAT基本晶体的石英晶体振荡器进行回流焊接,观察时间为42天重复回流焊接过程.比较第一次和第二次处理的回流滞后.
第一次焊接后的滞后效应如图5所示.
第22天和第24天之间的不规则性显然与由于环境温度变化引起的测量不准确性有关.所有6个有源系列贴片晶振响应的平均曲线通过如2.3节中所述的指数和对数函数拟合(参见图5中的虚线).虽然指数衰减函数显示太小的曲率,其不能跟随滞后的初始阶段的陡度,但对数曲线与实验值相当平滑地匹配.

图5:第一次回流焊接后40,96MHz 温补晶振的频率偏差在图6中,描述了在第一次焊接后42天的第二次回流焊接引起的回流滞后30天.

图6:第二次回流焊接后40,96MHz TCXO晶振的频率偏差此处,平均值响应是按照上述指数和对数函数曲线拟合的.同样,指数函数表明拟合不充分,因为它的曲率太”平坦”,而对数函数非常好地描述了滞后响应.

表2总结了两种滞后特性的比较.

滞后	首先回流焊接	二次回流焊接	第2次到第1次回流焊
1小时	(5.5±1.1)ppm	(3.9±0.9)ppm	0.7
24小时	(4.9±0.9)ppm	(3.0±0.8)ppm	0.6
df/f(24h)/df/f(1h)	0.89±0.07	0.78±0.05	0.87
时间常数1/b	0.93天	1.93天	2.07

表2:40,96MHz TCXO的第一和第二回流滞后的比较

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